Nghiên Cứu Diễn Biến Hình Thái Vùng Ven Biển Nam Trung Bộ Trong Điều Kiện Nước Biển Dâng Do Biến Đổi Khí Hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
--------------------

PHẠM TRUNG

NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI
VÙNG VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU
KIỆN NƯỚC BIỂN DÂNG DO BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy
MÃ SỐ: 9 58 02 02

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022


Cơng trình được hồn thành tại Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Trịnh Công Vấn
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Trần Thu Tâm

Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Tất Đắc
Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thanh Hùng
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Kiên Quyết

Luận án này đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp
Viện họp tại: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Số 658 Võ Văn Kiệt,
Phường 1, Quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh.
Vào hồi 8 giờ 30 phút ngày 21 tháng 01 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
- Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Là vùng trọng điểm phát triển kinh tế xã hội của miền Trung với đường
bờ biển trải dài hơn 1.100 Km, duyên hải Nam Trung Bộ (NTB) chiếm
khoảng 13,45% diện tích và khoảng 10,8% dân số (2020) so với cả
nước. Đây là khu vực đa dạng về nguồn tài nguyên biển và tập trung
nhiều cơng trình dân sinh kinh tế, q́c phòng quan trọng. Thời gian
qua dưới tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) tồn cầu cùng với các
hoạt động của con người,... hiện tượng sạt lở đã diễn ra ở hầu hết các
triền sông, suối và dọc theo bờ biển nước ta trong đó tại khu vực NTB
q trình xói lở bờ biển, bồi lấp vùng cửa sơng và các tuyến luồng,
bến cảng…diễn ra với mức độ khá nghiêm trọng và có xu hướng ngày
càng gia tăng, ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt động phát triển kinh
tế - xã hội của các địa phương. Biến đổi hình thái bờ và bãi biển chịu
tác động chủ yếu bởi các yếu tố từ biển và sự mất cân bằng nguồn bùn
cát do các hoạt động phát triển của con người trên các dịng sơng cũng
như vùng cửa sơng ven biển. Việc tìm hiểu xu hướng biến đổi hình
thái dải ven biển NTB dưới sự thay đổi của yếu tớ sóng biển trong quá

trình nước biển dâng (NBD) do BĐKH, đánh giá mức độ ảnh hưởng
của chúng để đề xuất định hướng các giải pháp ổn định, kiểm soát và
giảm thiểu những tác động xấu đến tự nhiên là cần thiết và cấp bách
vì nó sẽ góp phần bổ sung cơ sở khoa học cho công tác quản lý sạt lở
bờ biển khu vực NTB. Xuất phát từ những lý do trên, Nghiên cứu sinh
(NCS) đã chọn đề tài: “Nghiên cứu diễn biến hình thái vùng ven biển
Nam Trung Bộ trong điều kiện NBD do BĐKH” để thực hiện và trình
bày trong Luận án tiến sĩ.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu này là: (i) Xây dựng phương pháp xác định
các thành phần dịng năng lượng sóng dọc bờ và vng góc với bờ tại
vị trí "đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng", xu hướng biến đổi
-1-


của các đại lượng này trong quá trình NBD do BĐKH từ đó làm cơ sở
xác định các khu vực có nguy cơ xói lở và bồi tụ; (ii) Đề xuất định
hướng giải pháp bớ trí khơng gian cơng trình bảo vệ bờ biển, ứng dụng
thử nghiệm tại vùng ven biển Nam Trung Bộ (La Gi-Bình Thuận) phù
hợp với điều kiện tự nhiên và nhu cầu phát triển kinh tế xã hội cho khu
vực nghiên cứu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các thành phần của dịng năng lượng sóng,
là yếu tớ động lực học biển đặc biệt quan trọng tác động đến ổn định
của đới bờ, bãi biển và hình thái đường bờ biển Nam Trung Bộ; Xem
xét xu hướng thay đổi của yếu tố này trong tương lai ứng với các kịch
bản BĐKH-NBD.
- Phạm vi nghiên cứu: Vùng bờ và bãi biển lân cận các cửa sông khu
vực NTB.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1. Cách tiếp cận: Luận án lựa chọn các cách tiếp cận sau: (i) Hệ
thống từ tổng thể đến chi tiết; (ii) Kế thừa, phát triển các kết quả nghiên
cứu trước để đi sâu giải quyết vấn đề đặt ra là sự phân bớ năng lượng
sóng dọc theo bờ biển và sự thay đổi của nó trong quá trình NBD làm
cơ sở cho việc đánh giá xu hướng biến đổi hình thái bờ biển NTB cũng
như đề xuất định hướng các giải pháp giảm thiểu tác động.
4.2. Phương pháp nghiên cứu: (1) Phương pháp kế thừa; (2) Điều tra
và khảo sát thực địa; (3) Phương pháp thống kê; (4) Phương pháp mơ
phỏng tốn học.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học: Luận án xây dựng phương pháp xác định và xu
hướng biến đổi của các thành phần thông lượng năng lượng (cơng
suất) sóng theo 2 phương tiếp tuyến (Pt) và pháp tuyến (Pn) tại đường
xây dựng bản đồ năng lượng sóng trong q trình NBD theo các kịch
bản BĐKH. Kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần bổ sung thêm
-2-


về lý luận, lý thuyết cho hệ thống phương pháp luận trong nghiên cứu
tương tác Sóng-Bờ vùng ven biển nói chung và vùng bờ, bãi biển NTB
nói riêng.
- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể ứng
dụng vào việc định hướng bớ trí cơng trình bảo vệ bờ biển, dự báo
diễn biến xói lở - bồi tụ ở các khu vực ven biển.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về vùng nghiên cứu

1.1.1. Vị trí địa lý
NTB là một vùng lãnh thổ hẹp
kéo dài theo hướng Bắc-Nam,

bao gồm các tỉnh từ Đà Nẵng ở
phía Bắc cho đến tỉnh Bình
Thuận ở phía Nam, đều là các
tỉnh có phần đất tiếp giáp với
biển.Với đặc điểm tự nhiên này,
các tỉnh NTB có lợi thế trong
việc phát triển kinh tế-xã hội
nhất là kinh tế biển nhưng cũng
gặp nhiều khó khăn, trong đó
vấn đề xói lở bờ biển và bồi tụ các cửa sông đã và đang trở thành vấn
đề đặc biệt quan tâm của các cấp chính quyền và nhân dân địa phương.

1.1.2. Thực trạng xói lở-bồi tụ dải ven biển NTB
Hiện đang tồn tại hai vấn đề đối lập nhau: trong khi dải ven biển NTB
bị xói lở thì vùng các cửa sơng, đầm phá, bến cảng ở đây lại đang bị
bồi lấp mạnh làm giảm khả năng thoát lũ, gây ngập lụt cục bộ và cản
trở đến các hoạt động giao thông thủy trong khu vực.

1.1.3. Ngun nhân chính gây xói lở-bồi tụ vùng ven biển NTB
Mặc dù diễn biến xói lở bờ biển phụ thuộc nhiều yếu tố bao gồm các
yếu tớ nội sinh (địa hình bờ và bãi biển, cấu tạo địa chất và đặc tính
-3-


của trầm tích) và các yếu tố ngoại sinh như tác động có nguồn gớc từ
biển, từ sơng và từ chính các hoạt động của con người như trình bày
trong Hình 1.2, phạm vi nghiên cứu của luận án chỉ giới hạn trong việc
phân tích tác động một yếu tố nguồn từ biển là năng lượng sóng và xu
thế biến đổi của tác động này trong quá trình NBD do BĐKH.

Hình 1.2: Các yếu tớ gây xói lở-bồi tụ bờ biển và cửa sông
1.2. Nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của NBD đến diễn biến
hình thái vùng ven biển
Nghiên cứu ảnh hưởng của NBD đến xói-bồi vùng ven biển trên thế
giới từ trước đến nay đã đi theo hai cách tiếp cận có thể được tóm tắt
như sau (Hình 1.13).

Hình 1.13: Hướng nghiên cứu về ảnh hưởng của NBD đến hình thái
vùng ven biển
-4-


Cách tiếp cận thứ nhất nhằm xây dựng các mô hình, biểu thức… xác
định mới quan hệ giữa yếu tớ NBD và sự dịch chuyển của đường bờ
biển, đáng chú ý trong tiếp cận này là nghiên cứu của Bruun và các tác
giả khác với “Quy tắc Bruun” tức là xác định hình thái theo mức độ
dâng rút của nước biển trung bình trong thời gian dài. Cách tiếp cận
thứ hai nhằm xây dựng các mơ hình xác định hình thái ngắn hạn thơng
qua các mơ hình thủy thạch động lực,…xem xét ảnh hưởng của các
yếu tố tác động chính (năng lượng sóng, dịng chảy, vận chuyển bùn
cát…) đến hình thái cục bộ một vùng ven biển.

1.2.1. Mơ hình xác định hình thái dài hạn
Theo Bruun, sự chuyển dịch bờ biển theo phương ngang, R, có quan
hệ với q trình gia tăng mực nước biển, S, bằng cơng thức sau:
𝐿
𝑅=
𝑆
(1.1)
𝐵+ℎ

Hình 1.6: Minh họa mơ hình Bruun [37]
Quy tắc Bruun đã được ứng dụng gần như trên toàn cầu, từ Bắc Mỹ,
Caribbean, Nam Mỹ, Châu Âu, New Zealand, Úc, Đông Nam Á đến
Trung Đông. Mặc dù vậy, quy tắc này đã bỏ qua các nguyên tắc địa
chất và hải dương học quan trọng khác nhau mang tính địa phương,
nên nó khơng thể dự đoán sự thoái lui của bờ biển do nước biển dâng
một cách cục bộ. Vì thế, chiến lược quản lý vùng ven biển như những
khoảng lùi (setback zones), các mơ hình kỹ thuật ven biển, thiết kế
ni dưỡng bãi dựa trên quy tắc Bruun và khái niệm mặt cắt cân bằng
(profile of equilibrium) vẫn đang được xem xét.

1.2.2. Mơ hình xác định hình thái ngắn hạn
-5-


Nghiên cứu ảnh hưởng của NBD đến diễn biến hình thái vùng ven biển
được tập trung vào các quá trình thủy thạch động lực bao gồm sóng,
triều, dịng chảy biển, vận chuyển bùn cát,... dựa trên sớ liệu quan trắc
ngồi hiện trường, nghiên cứu trên mơ hình vật lý, mơ hình tốn.
Sóng biển là một trong sớ các tác động mang tính quyết định tới diễn
biến bờ biển nên có rất nhiều nhóm, nhà khoa học quan tâm. Mặc dù
tiềm năng năng lượng rất lớn của sóng biển đã được ghi nhận từ rất
lâu, tuy nhiên, các nghiên cứu về ảnh hưởng của dịng năng lượng sóng
đới với diễn biến đường bờ biển nói chung cịn khá hạn chế. Hình 1.10
trình bày kết quả nghiên cứu từ năm 1984-2002 về quan hệ giữa năng
lượng sóng và tớc độ xói lở bờ biển trung bình tại tỉnh Bangkhuntien
(phía Bắc vịnh Thái Lan).

Hình 1.10: Quan hệ giữa năng lượng sóng và tớc độ xói bờ [79]

Nghiên cứu của Đại học Boston (Mỹ) vào năm 2015 thực hiện tại 8
địa điểm ở Mỹ, Úc và Italia đã xây dựng quan hệ giữa công suất sóng
và tớc độ xói mịn bờ biển khơng thứ nguyên như sau (Hình 1.11):
𝐸 ∗ = 𝑎∗ 𝑃∗ , 𝑎∗ = 0,67
(1.4)

Hình 1.11: Quan hệ cơng suất sóng và tỷ lệ xói mịn [76]
-6-


1.3. Nghiên cứu liên quan thực hiện ở Việt Nam và Nam Trung Bộ
Ở Việt Nam, nghiên cứu về năng lượng sóng thơng qua các mơ hình
mơ phỏng chế độ thủy động lực chỉ được bắt đầu từ những năm 2000.
Các cơng trình nghiên cứu về năng lượng sóng biển tập trung chủ yếu
vào xác định những khu vực có năng lượng sóng lớn để đánh giá tiềm
năng khai thác nguồn năng lượng này phục vụ phát triển kinh tế-xã
hội, với mục đích đó, phạm vi nghiên cứu năng lượng sóng thường là
ngồi khơi. Trong khi đó, nghiên cứu về năng lượng sóng liên quan
đến tính tốn dịng chảy ven bờ và vận chuyển bùn cát còn giới hạn
bởi các dự án cụ thể ở một số địa phương. Do đó NCS đã chọn đề tài
nghiên cứu về sự phân bớ năng lượng sóng bao gồm cả hướng tác động
đới với dải ven bờ NTB để có thể xác định được xu hướng biến đổi
hình thái bờ biển trong quá trình NBD.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN HÌNH THÁI VÙNG VEN BIỂN
NAM TRUNG BỘ
2.1. Cơ sở lý thuyết về diễn biến hình thái vùng ven biển
Q trình vận chuyển bùn cát chính là tác nhân gây ra hiện tượng xói lở
hay bồi lấp bờ/bãi biển nên việc nghiên cứu diễn biến hình thái vùng
ven biển cần xem xét cơ sở khoa học của các q trình vận chuyển cát

(dọc và ngang bờ) thơng qua các mơ hình tốn.

2.1.1. Khái niệm chung về mơ hình vận chuyển bùn cát
Một mơ hình vận chuyển bùn cát thường bao gồm: Phần thủy lực mô
tả cơ chế thủy động lực (sóng, phân bớ vận tớc dịng chảy trung bình,
hệ sớ nhớt rới t và ma sát đáy b); Phần vận chuyển bùn cát mô tả
phân bố nồng độ bùn cát và/hoặc lưu lượng bùn cát hình thành từ các
điều kiện thủy lực; Kết quả phân bố bùn cát (nồng độ, lưu lượng bùn
cát) sau đó sẽ được đưa vào một mơ hình diễn biến (đáy hoặc bờ) để
tính tốn mức độ bồi xói địa hình của bờ và bãi biển.

2.1.2. Mơ hình mặt cắt bờ biển cân bằng
-7-


Biểu thức tốn học mơ tả hình dạng bãi biển được sử dụng phổ biến
nhất từ trước tới nay do Bruun và Dean xây dựng (còn gọi là mặt cắt
ngang dạng Bruun/Dean) [37] [44], trên cơ sở cân bằng tổn thất năng
lượng sóng trong vùng sóng vỡ dẫn đến lý thuyết là mơ hình mặt cắt
bờ biển cân bằng, h = A. x2/3 (h là độ sâu nước tại điểm cách bờ theo
phương ngang một khoảng là x, A là hệ sớ kinh nghiệm thứ ngun
của hình dạng mặt cắt, thứ ngun L1/3).

2.1.3. Mơ hình vận chuyển bùn cát dọc bờ
Các mơ hình tính tốn vận chuyển bùn cát dọc bờ trong vùng sóng vỡ
trong đó cơng thức của CERC là quan hệ thực nghiệm Qls = f(Pls) giữa
tổng lưu lượng bùn cát dọc bờ Qls và đại lượng Pls đặc trưng cho năng
lượng sóng, Qls và Pls được định nghĩa như sau:
(2.10)
Với qsy là lưu lượng thể tích bùn cát theo phương y dọc bờ, trên một

đơn vị bề rộng theo phương x ngang bờ; xo là vị trí phía biển mà đáy
khơng bị ảnh hưởng bồi xói, xl là vị trí giới hạn xa nhất của sóng leo
lên bãi; Pls là thừa số thông lượng năng lượng dọc bờ, định nghĩa bởi:
(2.11)
Có rất nhiều cớ gắng xác định ý nghĩa của đại lượng Pls là thành phần
dọc bờ của năng lượng sóng trên 1 đơn vị dài dọc theo bờ, tại vị trí
sóng vỡ. Longuet-Higgins [69] đã phân tích quan hệ giữa Pls và các
thành phần tiếp tuyến của ứng suất tán xạ sóng (shear component of
the radiation stress Sij). Việc xác định đại lượng Pls cũng được NCS
thực hiện trong phạm vi luận án này ở phần tiếp theo với ký hiệu khác
là Pt, tuy nhiên, đã được đơn giản hóa bằng cách tính tốn tại ranh
sóng vỡ (vị trí "đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng").
2.2 Cơ sở lý thuyết về năng lượng sóng

2.2.1. Sự hình thành và lan truyền của sóng biển
2.2.2. Năng lượng sóng đơn sắc

-8-


Năng lượng tồn phần của sóng (trung bình trên một đơn vị diện tích
vùng nước) được xác định bằng cơng thức sau:
𝜌𝑔𝐻 2 𝐿
𝜌𝑔𝐻 2 𝐿
𝜌𝑔𝐻 2 𝐿
(2.22)
E= 𝐸𝑝 + 𝐸𝑑 =
+
=
16

16

8

Trung bình (theo khơng gian trên một chiều dài sóng L và thời gian
trong một chu kỳ), ta có năng lượng sóng trung bình trên một đơn vị
diện tích bề mặt biển gọi là mật độ năng lượng sóng (Energy density):
𝐸
𝜌𝑔𝐻 2
(2.23)
𝐸= =
𝐿

8

Thơng lượng năng lượng sóng trung bình 𝑃 (hay cơng suất sóng) là sớ
năng lượng trung bình truyền qua 1 mét dài theo hướng truyền sóng
trong một đơn vị thời gian, qua 1 mặt phẳng thẳng đứng cớ định vng
góc với phương trùn sóng:
𝜌𝑔𝐻 2 𝜎 1
2𝑘𝑑
(2.24)
𝑃=(
) [ (1 +
)] = 𝐸𝑛𝐶 = 𝐸𝐶𝑔
8

𝑘 2

𝑠ℎ(2𝑘𝑑)

2.2.3. Phổ năng lượng sóng
Được sử dụng phổ biến hiện nay là phổ năng lượng (energy spectrum)
của sóng. Vì E=.g.H2/8=.g.a2/2 (a là biên độ sóng) nên thực chất
phổ năng lượng biểu diễn a2/2 theo tần sớ sóng . Có nhiều thành phần
có tần số  gần nhau trong một dải tần số được gộp chung nên người
ta thường biểu diễn năng lượng trung bình trong một dải tần sớ En/
theo n. Đường cong này liên tục và được gọi là phổ mật độ năng
lượng (energy density spectrum) E().

2.2.4. Cơng thức tính thơng lượng năng lượng sóng
2.2.4.1. Cơng thức trong lý thuyết của mơ hình MIKE21 SW
Trong hệ trục tọa độ Descartes hai chiều XY, để đánh giá tổng thơng
lượng sóng trùn theo hướng nào, sử dụng các công thức sau [51]:
𝑃⃗ = (𝑃𝑋 , 𝑃𝑌 )
(2.31)
⃗𝑃 = 𝜌𝑔 ∫2𝜋 ∫∞ ⃗⃗⃗⃗
𝐶𝑔 (𝑓, 𝜃 )𝐸(𝑓, 𝜃)𝑑𝑓𝑑𝜃
(2.32)
0
0
2𝜋

∞

𝑃𝑋 = 𝜌𝑔 ∫0 ∫0 𝐶𝑔 (𝑓, 𝜃 )cos(𝜃)𝐸(𝑓, 𝜃)𝑑𝑓𝑑𝜃

(2.33)

𝑃𝑌 =

(2.34)

2𝜋 ∞
𝜌𝑔 ∫0 ∫0 𝐶𝑔 (𝑓, 𝜃 )𝑠𝑖𝑛(𝜃)𝐸(𝑓, 𝜃)𝑑𝑓𝑑𝜃

-9-


Trong các cơng thức trên, thơng lượng sóng theo mỗi hướng được
chiếu xuống trục X hoặc trục Y rồi mới cộng tất cả các hướng lại, như
vậy có thành phần thông lượng theo X hoặc theo Y của tổng công suất
tất cả các hướng Px hoặc Py.

2.2.4.2. Xác định giá trị thơng lượng năng lượng sóng theo các
thành phần dọc bờ (Pt) và hướng bờ (Pn)- Công thức do Luận án
xây dựng
Để tính thơng lượng năng
lượng sóng tác động đến một
đoạn bờ biển (dài hàng chục,
trăm km) cần phải tích phân P
trên cả đoạn bờ biển đó. Phương
pháp mà tác giả đã thực hiện
trong Luận án là chia đường bờ
biển cần tính tốn thành nhiều
đoạn nhỏ AB (vài trăm mét đến
1km), mỗi đoạn sẽ có hình chiếu trên hệ trục tọa độ Descartes (∆x=XBXA), ∆y=YB-YA) và thơng lượng sóng qua đoạn AB là véc tơ có hai
thành phần (Px.∆y và Py.∆x). Bằng cách định nghĩa hệ trục tọa độ mới
sao cho trục hoành mới gắn liền với đoạn bờ AB và trục tung mới

vng góc với đoạn bờ AB theo quy ước phương của đường bờ t (có
chiều dương dọc theo chiều véc tơ AB) và phương pháp tuyến n
(vuông góc và hướng vào đoạn bờ AB), Luận án đề xuất cơng thức
tính tốn độ lớn thành phần thơng lượng sóng dọc bờ Pt và thành phần
Pn hướng vào bờ cho đoạn AB tại một thời điểm như sau:
(2.35)
𝑃𝑡 (𝑡) = 𝑃. cos⁡(𝑎 − 𝛼)
(2.36)
𝑃𝑛 (𝑡) = 𝑃. 𝑠𝑖𝑛⁡(𝑎 − 𝛼)
Xét trong một khoảng thời gian từ T1 đến T2 (1 kỳ triều, 1 mùa gió…),
có thể xác định được thơng lượng năng lượng (hay cơng suất sóng)
trung bình tác động theo các phương tiếp tuyến (Pt) và pháp tuyến với
- 10 -


đường bờ (Pn) trong thời gian trên bằng cách tích phân:
𝑇2
1
𝑃𝑡 = (T2−T1) ∫𝑇1 𝑃. 𝑐𝑜𝑠(𝑎 − 𝛼)𝑑𝑡
(2.39)
𝑃𝑛 =

𝑇2
1
𝑃. 𝑠𝑖𝑛(𝑎
∫
𝑇1
(T2−T1)

− 𝛼)𝑑𝑡

(2.40)

2.2.5. Đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng, trình tự tính tốn
trong Luận án
Vị trí đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng:
Khi truyền vào bờ, qua vùng sóng vỡ, năng lượng sóng bị tiêu hao đi
đáng kể và từ vị trí sóng bị vỡ đến bờ là khu vực hoạt động mạnh nhất
của chuyển động bùn cát ven biển. Luận án đã tiến hành chọn vị trí
đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng là đường cớ định cách đường
mép nước biển thấp nhất trung bình trong nhiều năm một khoảng cách
1,0km để tính toán các đặc trưng của dịng năng lượng sóng (Hình
2.12). Bản đồ đường mép nước biển thấp nhất trung bình trong nhiều
năm đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường "Ban hành và công bố theo
Quyết định số 1790/QĐ-BTNMT ngày 06 tháng 6 năm 2018.

Hình 2.12: Minh họa vị trí đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng
Tính tốn các thành phần dịng năng lượng sóng cấp độ chi tiết:
Trên mỗi đoạn của đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng có chiều
dài trung bình ds=500m÷1km ta có một giá trị 𝑃⃗(Px. ∆y, Py. ∆x) theo
công thức (2.31) đến (2.34) từ kết quả mô hình MIKE21 SW. Chiếu
vectơ này x́ng phương tiếp tuyến và pháp tuyến với đường bờ ds có
Pt, Pn theo (2.35), (2.36) và tiến hành tích phân trong một khoảng thời
- 11 -


gian theo (2.39), (2.40). Vẽ đồ thị dọc theo đường xây dựng bản đồ
năng lượng sóng để tìm liên hệ với tình hình bồi xói của các đoạn ds.
Có thể gọi đó là cấp nghiên cứu chi tiết cho từng đoạn ds.
Tính tốn các thành phần dịng năng lượng sóng cấp độ tổng quát:

Để có đánh giá chung cho một đoạn dài AB ở phạm vi rộng hơn (ví
dụ một cung bờ cong như từ mũi Kê Gà đến Phan Thiết hay từ Phan
Thiết đến Mũi Né...), tức là ở mức hàng chục km, tiến hành tích phân
(cộng) Px, Py dọc theo đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng đã
chọn. Kết quả được véctơ (Px, Py) của đoạn AB. Bây giờ mới chiếu
vectơ tổng này lên hướng AB để xác định 𝑃⃗(𝑃𝑡 , 𝑃𝑛 ) và đánh giá chung
cho đoạn bờ AB.
Xác định các khu vực có nguy cơ xói lở-bồi tụ theo gradient Pt,Pn:
Gradient của f (ký hiệu grad hay f) là một vectơ n chiều mà mỗi
thành phần trong vector đó là một đạo hàm riêng phần theo từng biến
𝑑𝑓 𝑑𝑓
𝑑𝑓
của hàm f (f= ( ,
…,
))
𝑑𝑥1 𝑑𝑥2

𝑑𝑥𝑛

Nếu lấy gradient của thành phần năng lượng sóng dọc bờ Pt theo
đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng (d/ds), ta có nhận xét sau: Pt
đặc trưng cho khả năng tải cát dọc bờ nên nếu Pt đoạn sau lớn hơn
đoạn trước (Gradient dọc bờ dương), có nghĩa khả năng tải cát tăng
dần, lấy đi cát ở đáy, gây xói. Ngược lại nếu gradient dọc bờ âm thì
gây bồi. Xét sự thay đổi theo thời gian, nếu giá trị của Pt thời điểm sau
lớn hơn thời điểm trước (d/dt>0), có nghĩa khả năng tải cát của đoạn
đó tăng dần, lấy đi cát ở đáy, có khả năng gây xói nếu hai đoạn bên
khơng bổ sung thêm trầm tích (vẫn phụ thuộc gradient Pt dọc bờ). Còn
Pn ở thời điểm sau lớn hơn của thời điểm trước thì năng lượng sóng
vào bờ tăng dần, khả năng tải cát tăng dần, dẫn đến nguy cơ gây xói.

2.3. Các mơ hình tính tốn
Luận án đã sử dụng 3 cấp độ mơ hình, gồm: (i) Bài tốn tổng qt với
mơ hình Biển đơng để cung cấp sớ liệu "đầu vào" cho các mơ hình khu

- 12 -


vực; (ii) Mơ hình khu vực mơ phỏng cho tồn bộ dải ven biển NTB và
(iii) Mơ hình chi tiết để giải quyết cho các dự án cụ thể.

Hình 2.13: Mức độ chi tiết của các mơ hình sử dụng trong Luận án
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DIỄN BIẾN
HÌNH THÁI KHU VỰC VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ
3.1. Tính toán và xây dựng bản đồ phân vùng năng lượng sóng dải
ven biển Nam Trung Bộ
Luận án đã thiết lập đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng dọc theo
tuyến bờ biển NTB và chia ra 4 vùng từ Bắc x́ng Nam để tính tốn
các dịng năng lượng sóng cho toàn bộ dải ven biển NTB:
- Vùng 1: Từ Bán đảo Sơn Trà
đến mũi Ba Làng An (135 phân
đoạn).
- Vùng 2: Từ mũi Ba Làng An
đến mũi Đại Lãnh (319 phân
đoạn).
- Vùng 3: Từ mũi Đại Lãnh đến
mũi Sừng Trâu (270 phân đoạn).
- Vùng 4: Từ mũi Sừng Trâu đến
mũi Nghinh Phong (270 phân
đoạn).

- 13 -


Kết quả tính tốn đã chỉ ra khu vực có năng lượng sóng lớn tập trung
từ vịnh Dung Quất-Quảng Ngãi đến mũi Sừng Trâu-điểm tiếp giáp giữa
hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận (vùng sớ 2 và 3). Thơng lượng sóng ở
vùng này lớn hơn từ 3 đến 7 lần so với khu vực Bắc Trung Bộ (đoạn từ
Cồn Cỏ đến vịnh Đà Nẵng). Sóng trong mùa gió Đơng Bắc có ảnh
hưởng mạnh rõ rệt trên tồn dải bờ biển từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận
(Hình 3.17) cịn mùa Tây Nam là đoạn bờ từ sau mũi Đại Lãnh thuộc
địa phận tỉnh Khánh Hòa đến mũi Nghinh Phong – BRVT (Hình 3.18).

Hình 3.17: Thơng lượng sóng P Hình 3.18: Thơng lượng sóng P
trong mùa gió Đơng Bắc
trong mùa gió Tây Nam
Kết quả phân tích các thành phần dọc theo bờ (Pt) và hướng bờ (Pn)
của dịng năng lượng sóng đã có thể giải thích chế độ sóng và dịng
chảy biến đổi theo các mùa gió trong năm, cả về hướng và cường độ
dẫn đến quá trình vận chuyển cát theo mùa, hệ quả dẫn đến hiện tượng
xói lở hay bồi lấp vùng ven biển khu vực NTB. Tác động của sóng có
thể trực tiếp gây xói lở bờ và vận chuyển các phần tử vật chất ra xa bờ
thông qua thành phần Pn và hoặc di chuyển dọc bờ biển đến tích tụ ở
nơi khác thơng qua thành phần Pt. Thời kỳ hoàn lưu Đơng Bắc (Hình
3.19), trong khi dịng ven bờ trung bình từ Đà Nẵng-Quảng Nam (vùng
1) có hướng thịnh hành Đơng Bắc là chủ yếu (Pt>0) thì khu vực từ
Bình Thuận đến BRVT (vùng 4) dịng chảy đa phần có hướng Tây
Nam (Pt<0). Thời kỳ hoàn lưu Tây Nam (Hình 3.20), ngồi vùng sớ 4
chịu ảnh hưởng mạnh của trường gió mùa, dịng chảy trung bình có
hướng Đơng Bắc chủ yếu, cịn lại tồn dải NTB có dòng năng lượng

- 14 -


sóng ven bờ khá nhỏ, đặc biệt dịng chảy khu vực từ Đà Nẵng-Quảng
Nam (vùng 1) vẫn giữ nguyên hướng Đơng Bắc.

Hình 3.19: Dịng năng lượng Hình 3.20: Dịng năng lượng
sóng Pt trong mùa Đơng Bắc
sóng Pt trong mùa Tây Nam
Những khu vực có dịng năng lượng sóng hướng bờ lớn (Pn>0) từ
Quảng Ngãi đến Ninh Thuận trùng hợp với các khu vực có các đoạn
bờ biển bị xâm thực mạnh, có nhiều sạt lở, đã và đang phải xử lý, nhất
là vào mùa gió Đơng Bắc (Hình 3.21). Mùa gió Tây Nam, cùng thời
điểm khi dịng năng lượng dọc bờ Pt khá nhỏ thì hầu hết dịng năng
lượng sóng hướng bờ Pn trên tồn dải NTB đều có giá trị dương (Hình
3.22), điều này cho thấy khả năng bồi tụ trong mùa Tây Nam là lớn
hơn so với thời kỳ hoàn lưu gió Đơng Bắc.

Hình 3.21: Dịng năng lượng Hình 3.22: Dịng năng lượng
sóng Pn trong mùa Đơng Bắc
sóng Pn trong mùa Tây Nam
NCS trong nghiên cứu này đã xây dựng bản đồ năng lượng sóng
(kW/m) cho khu vực NTB gồm các thơng tin về trường sóng: độ cao
sóng có nghĩa, chu kỳ sóng trung bình, hướng trùn năng lượng sóng
cũng như Atlas năng lượng sóng trung bình (Hình 3.23÷ Hình 3.24).

- 15 -


Hình 3.23: Bản đồ trung bình độ cao sóng theo mùa

Hình 3.24: Bản đồ năng lượng sóng trung bình theo mùa
3.2. Mối liên hệ giữa dịng năng lượng sóng Pt dọc bờ và Pn hướng
bờ với hiện tượng xói lở-bồi tụ ở khu vực Nam Trung Bộ
Luận án đã tiến hành khảo sát chi tiết tại 4 cung bờ có số liệu điều tra
thực tế để kiểm chứng về quy luật liên hệ giữa các dịng năng lượng
sóng (Pt và Pn) trên đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng với tình
trạng xói lở-bồi tụ ở các khu vực này. Việc tính tốn các dịng năng
lượng sóng theo đề xuất của tác giả, sau khi đối chứng với thực tế điều
tra cho thấy:

- 16 -


- Những đoạn bờ chịu tác động của dòng năng lượng sóng hướng bờ
Pn lớn đều là các khu vực có hiện tượng sạt lở bờ biển mạnh, ví dụ
như Mộ Đức, Đức Phổ (Quảng Ngãi) hay đoạn Sông Cầu đến Tuy Hịa
(Phú n). Tuy nhiên, ở một sớ khu vực Pn>0 nhưng có giá trị nhỏ
nên có thể vẫn gây bồi (sóng nhỏ mang trầm tích vào bờ). Các khu vực
có giá trị Pn<0 nhưng nằm sau các mũi nhơ ra biển vẫn có nguy cơ xói
do bùn cát đã bị lơi ćn ra phía biển gây thiếu hụt vận chuyển dọc bờ
(Ví dụ như tại khu vực phía Bắc cửa Đại-Hội An).
- Trong mọi trường hợp quá trình xói lở và bồi tụ đều phụ thuộc vào
dịng năng lượng sóng dọc bờ (hay tiếp tuyến, Pt). Sử dụng dịng năng
lượng sóng dọc bờ Pt có thể giải thích được các q trình của dịng
chảy và dịng vận chuyển bùn cát ven bờ ví dụ tại các đoạn bờ biển
của tỉnh Bình Thuận như đoạn bờ Liên Hương – Bình Thạnh trước
mũi La Gàn, đoạn bờ Phan Rí Cửa sau mũi La Gàn, đoạn bờ Hàm
Tiến, Phú Hài sau mũi Né,… Điều này cũng lý giải cho chu kỳ xóibồi xảy ra thay đổi theo mùa trong năm. Ngồi ra, việc xác định chiều
của dịng ven bờ có ý nghĩa trong cơng tác định huớng bớ trí trí xây

dựng các kết cấu giữ bãi kiểu nhơ ra ngồi phía biển như các kè mỏ
hàn, đập đinh…
- Gradient của Pt dọc theo đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng
có thể lý giải hiện tượng xu hướng xói lở hay bồi tụ các khu vực ven
biển, kết quả được cho là khá phù hợp với số liệu thực tế, đặc biệt là
ở những khu vực trọng điểm.
3.3. Nghiên cứu điển hình khu vực ven biển LaGi
Để kiểm chứng về mới liên hệ giữa phân bớ trường năng lượng sóng
trên đường xây dựng bản đồ năng lượng sóng với diễn biến hình thái
chi tiết tại các vùng ven biển, trong luận án này NCS đã tiến hành áp
dụng kết quả nghiên cứu cho khu vực bờ biển đang xói lở thuộc thị xã
LaGi, tỉnh Bình Thuận.
Dựa vào kết quả của mơ hình tốn trong đó có xét đến tất cả các yếu
- 17 -


tớ ảnh hưởng của sóng, dịng, bùn cát, địa hình,… mơ phỏng hình thái
hiện trạng khu vực La Gi, tác giả có nhận xét sau:

Hình 3.55: Kết quả tính tốn hướng của các dịng năng lượng sóng
- Tớc độ xói bồi khu vực thay đổi theo mùa trong năm, diễn biến trong
thời kỳ gió mùa Đơng Bắc mãnh liệt hơn so với thời kỳ gió Tây Nam.
- Xu thế bồi tụ chiếm ưu thế tuyệt đối ở các khu vực ven bờ phía Nam,
tớc độ bồi lắng trong phạm vi dải bán ngập đạt cỡ 0,3÷0,8m sau mùa
gió Đơng Bắc, có những vị trí thay đổi đến hơn 1,0m. Đồng thời xuất
hiện 01 bãi bồi lớn ngay trước khu vực phía ngồi cửa hồ Tơm. Địa
hình đáy biển vùng phía ngồi bị hạ thấp, mức độ xói sâu 0,5m.
- Dự án khu dân cư lấn biển đang triển khai đã có tác động lớn đến
diễn biến hình thái của đoạn bờ biển xã Phước Lộc, thị xã La Gi. Khi
phân tích chi tiết các dịng năng lượng sóng, giá trị của Pt<0, tức là

dịng chảy có hướng từ phía Bắc x́ng, khi gặp hệ thớng cơng trình
kè của khu dân cư lấn biển nhơ hẳn ra phía ngồi nên dịng bùn cát di
chuyển xuống phía Nam đã bị chặn lại, gây xói lở đoạn bờ khuất sóng
phía sau đến sát cửa hồ Tơm. Phân tích dịng năng lượng sóng hướng
bờ Pn và phân tích gradient dịng năng lượng cũng cho kết quả phù
hợp thực tế là xu thế bồi tụ ở phía Nam, xói ở các phân đoạn phía Bắc.
- Mô phỏng chế độ thủy động lực, vận chuyển bùn cát và biến động
hình thái khu vực La Gi – Bình Thuận chính là cấp độ mơ hình 3 đã
được trình bày tại mục 2.3 có thể áp dụng cho các dự án cụ thể tại khu
vực ven biển NTB. Trên cơ sở kết quả đó có thể đề xuất các phương
- 18 -


án, ý tưởng về bớ trí khơng gian, hình thức kết cấu, vật liệu… mang
tính khả thi, đáp ứng yêu cầu và mục tiêu đề ra. Kết quả nghiên cứu
cũng đã được tác giả ứng dụng cho việc thiết kế, xây dựng cơng trình
ổn định bờ biển khu vực thị xã La Gi; cơng trình được xây dựng có
hiệu quả ngay sau một năm đưa vào vận hành.
3.4. Tác động BĐKH-NBD đến diễn biến hình thái dải ven biển
Nam Trung Bộ

3.4.1 Kịch bản NBD cho Việt nam
3.4.2 Kịch bản NBD sử dụng tính tốn cho khu vực NTB
Trong các tính toán của Luận án, chỉ xét đến sự thay đổi mực nước
biển trung bình do BĐKH của Bộ TNMT cơng bố (3 kịch bản mực
nước biển dâng thêm 12cm năm 2030-KB1, 25cm năm 2050-KB2 và
50cm năm 2100-KB3), mà không xét đến ảnh hưởng các yếu tố khác:
nước dâng do bão, nước dâng do gió mùa, q trình nâng/hạ địa chất…

3.4.3 Kết quả tính tốn đặc trưng sóng và diễn biến hình thái khu

vực ven biển Nam Trung Bộ dưới tác động của NBD do BĐKH
NCS đã tiến hành xem xét ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước biển
trung bình đối với vùng gần bờ thông qua sử dụng mô hình chi tiết khu
vực ven biển La Gi-Bình Thuận với một sớ kết quả chính sau.
- Dịng năng lượng sóng Pt dọc bờ (kW/m) tăng tương ứng từ 8%
(KB1), 12% (KB2) đến 18% (KB3) trong mùa gió Tây Nam nhưng
giá trị Pt sẽ thay đổi rất lớn trong thời kỳ hoàn lưu gió Đơng Bắc với
mức giảm từ 22% (KB1), 19% (KB2) x́ng đến 14% (KB3). Đới với
năng lượng sóng Pn hướng bờ, theo các kịch bản BĐKH-NBD, mức
tăng tương ứng giống nhau từ 8% (KB1), 11% (KB2), 17% (KB3)
trong mùa Tây Nam và từ 9% (KB1), 12% (KB2), 17% (KB3) trong
mùa Đơng Bắc.
- Mức độ xói lở ở các khu vực phía Bắc sẽ ngày càng khớc liệt hơn so
với những khu vực phía Nam mặc dù xu hướng này giảm dần theo thời
gian từ giai đoạn đầu thế kỷ (năm 2030) đến cuối thế kỷ (năm 2100).
- 19 -


Hình 3.63: Biến đổi dịng năng Hình 3.64: Biến đổi dịng năng
lượng sóng Pt mùa Đơng Bắc
lượng sóng Pt mùa Tây Nam

Hình 3.65: Biến đổi dịng năng Hình 3.66: Biến đổi dịng năng
lượng sóng Pn mùa Đơng Bắc
lượng sóng Pn mùa Tây Nam
3.5. Định hướng giải pháp nhằm cải tạo, ổn định hình thái các khu
vực ven biển Nam Trung Bộ trong điều kiện NBD do BĐKH

3.5.1 Giải pháp công trình:
Những khu vực có dịng năng lượng sóng hướng bờ Pn lớn:

- Cần quy hoạch sử dụng đất vùng ven biển hợp lý, tránh xây dựng các
cơng trình kiến trúc hoặc nhà ở gần bờ biển.
- Trường hợp khu vực ven biển là đô thị cần bảo vệ, phải nghiên cứu
tiêu giảm năng lượng sóng từ xa bằng giải pháp cơng nghệ đê giảm
sóng xa bờ (detached breakwater) dạng đê nhô hoặc đê ngầm…
Từ cuối năm 2019, dự án “Kè bảo vệ khu dân cư phường Phước Lộc,
thị xã La Gi, tỉnh Bình Thuận” đã bắt đầu triển khai thi cơng hệ thớng
cơng trình ngăn cát giảm sóng kết hợp giữa mỏ hàn dạng chữ T và đê
ngầm giảm sóng. Đây là kết quả nghiên cứu của tác giả và các cộng
sự dựa trên phân tích tác động của các dịng năng lượng sóng, vận
chuyển bùn cát tại khu vực ven biển này. Phương án đề xuất gồm 05
- 20 -


phân đoạn đê ngầm vật liệu bằng đá khối lớn đặt song song cách bờ
biển 150m, mỗi phân đoạn dài 160m, ngắt quãng 80m kết hợp 01 mỏ
hàn dạng chữ T. Đến nay đã thi công hoàn chỉnh mỏ hàn dạng chữ T
và 02 phân đoạn đê ngầm phía Bắc (Hình 3.74).

Hình 3.73: Biến đổi địa hình Hình 3.74: Thực tế thi cơng mỏ hàn
tính tốn 01 năm sau khi có dạng chữ T và 02 phân đoạn đê
cơng trình
ngầm phía Bắc
Các khu vực dịng năng lượng sóng hướng bờ Pn khơng lớn:
Có thể áp dụng các giải pháp bảo vệ bờ trực tiếp bằng các kết cấu
mềm, thân thiện với mơi trường, có chi phí thấp, ví dụ:
- Các kết cấu mềm địa kỹ thuật-Stabiplage;
- Các giải pháp thân thiện với mơi trường: ni bãi, trồng rừng.

Hình 3.79: Bảo vệ bờ biển bằng giải pháp bù cát (nuôi bãi nhân tạo)

Đới với khu vực có dịng năng lượng sóng chảy dọc bờ (Pt) lớn:
Ứng dụng các kết cấu mỏ hàn (mềm hoặc cứng) để hạn chế dòng bùn
cát di chuyển, giữ lại thế cân bằng cho bờ biển.

- 21 -


Hình 3.83: Sơ đồ bớ trí (trên) và một sớ dạng mỏ hàn (dưới)

3.4.2 Giải pháp phi cơng trình:
Bất cứ giải pháp cơng trình nào cũng đều địi hỏi chi phí lớn và đều có
tác động tiêu cực nhất định đến mơi trường tự nhiên, vì thế trước khi
xem xét các giải pháp cơng trình thì cần cân nhắc kỹ các giải pháp phi
cơng trình, bao gồm:
- Quy hoạch phát triển vùng ven biển theo hướng bền vững, có xét đến
các tác động của BĐKH và NBD;
- Tăng cường tuyên truyền nâng cao nhận thức của người dân địa
phương về các tai biến thiên tai và các nguyên nhân gây xói lở bờ biển.
- Theo dõi diễn biến xói lở bờ biển về quy mô, cường độ, hướng
chuyển dịch theo định kỳ và không định kỳ tùy thuộc vào thực tế.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu kiểm soát sạt lở theo địa bàn huyện, tỉnh, bao
gồm cả bản đồ hiện trạng, bản đồ dự báo, cảnh báo khả năng xói lở.

- 22 -


KẾT LUẬN
1. Kết quả đạt được của luận án
1.1- Luận án đã nêu tương đối rõ các đặc điểm tổng quát về vùng
nghiên cứu, bức tranh thực trạng, các nguyên nhân chính gây xói lởbồi tụ dải ven biển Nam Trung Bộ và tổng quan đầy đủ những thành

tựu nghiên cứu trên thế giới cũng như trong nước về diễn biến hình
thái khu vực ven biển. Từ đó đề ra hướng tiếp cận của luận án đi sâu
vào việc xây dựng các bản đồ dịng năng lượng sóng có tích hợp với
đường bờ là dịng năng lượng sóng Pt dọc bờ và Pn hướng bờ nhằm
xác định tác động động lực biển đến bờ.
1.2- Trong luận án, tác giả đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu
phù hợp trong đó phương pháp mơ hình tốn là cơng cụ hiện đại đã
được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm thực tế với kết quả đáng tin cậy.
1.3- Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được phương pháp xác định các
thành phần dòng năng lượng sóng dọc bờ và vng góc bờ biển đặc
trưng cho tác động của sóng biển đới với đường bờ, từ đó xây dựng
được bản đồ phân bớ các đại lượng nêu trên dọc theo tuyến “đường
xây dựng bản đồ năng lượng sóng” dải ven biển Nam Trung Bộ với
đầy đủ cơ sở khoa học minh chứng, đảm bảo độ tin cậy và hồn tồn
có khả năng ứng dụng vào trong thực tiễn. Dựa trên cơ sở biểu đồ phân
bố này tác giả của luận án đã kết hợp phân tích gradient của dịng năng
lượng sóng theo khơng gian và thời gian để dự báo các khu vực có
nguy cơ biến đổi hình thái (bồi & xói) vùng ven biển.
1.4- Ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án để thiết kế giải pháp ổn
định bờ biển LaGi (tỉnh Bình Thuận).
2. Những đóng góp mới của luận án
2.1- Xây dựng phương pháp xác định và xu hướng biến đổi các thành
phần của thơng lượng năng lượng (cơng suất sóng) theo 2 phương tiếp
tuyến (Pt) và pháp tuyến (Pn) tại đường xây dựng bản đồ năng lượng

- 23 -